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1 REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT S

1 REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE ABDERRAHMANE MIRA DE BEJAÏA FACULTE DES SCIENCES DE LA NATURE ET DE LA VIE Département du Tronc Commun des Sciences de la Nature et de la Vie Polycopié de cours de botanique Tome I : Les organismes à thalles PAR OURARI MALIKA Année académique 2013-2014 2 Préambule Public cible : Ce polycopié est destiné aux étudiants 2e année LMD en biologie, aux étudiants 2e année en pharmacie et à tout public, s’intéressant à l’étude scientifique de la botanique (personnel des jardins botaniques, enseignants, adhérents des associations de protection de la nature). Volume horaire global : 45heures (cours), 30h (travaux pratiques, sortie sur le terrain). Pré-requis : Connaissances de base de la biologie végétale (morphologie, anatomie, physiologie), notions d’écologie (biogéographie, habitat, bioclimat) et notions de base de génétique. Contenu du cours : L’introduction générale à ce cours de botanique traite des notions et concepts de base de la phylogénie et de la place des groupes végétaux dans le monde du vivant. La première partie du cours, présentée dans le tome I, traite de la position phylogénétique des grands groupes d’organismes à thalles (Cyanobactéries, les groupes d’algues eucaryotes, Eumycètes, lichens) et des différentes innovations évolutives qui ont émergé au cours de leur formation. Le tome II est consacré à l’étude des organismes à cormus (bryophytes s.l. ptéridophytes s.l., gymnospermes, angiospermes) et leurs caractères dérivés. Objectifs pédagogiques du cours : les objectifs du cours de botanique et des travaux pratiques qui lui sont associés sont les suivants : - Comprendre ce qu’est la phylogénie ; - Identifier les groupes végétaux valides en phylogénie ; - Aiguiser le sens de l'observation ; une des bases essentielles de la démarche du biologiste ; - Décrire des échantillons botaniques en utilisant les termes adéquats ; - Déterminer une espèce végétale donnée à l’aide de flores ; - Collecter, conserver et préparer un herbier. Evaluation : Examen final du cours théorique et évaluation continue par les comptes-rendus des travaux pratiques. Je présente mes vifs remerciements à mesdames Dehbi-Zebboudj A., Djafri-Bouallag L., Benmouhoub H. et à Monsieur Bouadam S. ; membres de l’équipe de botanique de l’université A. Mira, pour leur aide multiforme et leur concours à l’élaboration de ce travail. Mes remerciements vont également aux membres de l’association naturaliste ‘Les amis de la nature’ d’ADEKAR pour les photographies fournies pour la couverture. 3 SOMMAIRE TOME I : LES ORGANISMES A THALLES INTRODUCTION.GENERALE……………………………………………………………………1 1. SYSTEMATIQUE ET NOMENCLATURE…………………………………………….……..…..2 1.1. Nomenclature et unités taxonomiques…………………………………….…..….…2 1.2. Règles de la nomenclature……………………………………………….…….……3 1.3. Notions d’espèce………………………………………………………….………...4 2. LES GROUPES VEGETAUX ET LA PHYLOGENIE……………………………………….….….4 2.1. Définition du végétal………………………………………………………….….…4 2.2. Principes de la phylogénie………………………………………………….…….…5 - Choix des caractères………………………………………………….………6 - Place des groupes végétaux dans le monde vivant……………………………7 - Les origines évolutives de l’autotrophie…………………………………...…8 3. DIVERSITE DE L’APPAREIL VEGETATIF……………………………………………………11 4. DIVERSITE DE LA REPRODUCTION……………………………………………………..….16 5. DIVERSITE DES CYCLES DE REPRODUCTION OU DE DEVELOPPEMENT……………………16 6. PHYLOGENIE ET DESCRIPTION DES GROUPES VEGETAUX A THALLES.…………………...18 - Cyanobactéries………………………………………………………………19 - Eumycètes………………………………………………………………..….24 - Chromalvéolés…………………………………………………………….…34 - Glaucophytes……………………………………………………………..….38 - Rhodobiontes……………………………………………………………...…39 - Chlorobiontes………………………………………………………………..40 - Lichens………………………………………………………………………44 OUVRAGES UTILISES………………………………………………………………………….50 4 TOME II : LES ORGANISMES A CORMUS : Embryophytes ou Archégoniates INTRODUCTION ………….………………………………………..……….…….1 BRYOPHYTES SENSU LATO. …………………………………………...…………3 1. CARACTÈRES GÉNÉRAUX…………………………………………………….……3 2. LES MARCHANTIOPHYTES……………………………………………………..….4 2.1. Morphologie…………………………………………………….….…...5 2.2. Reproduction…………………………………………………………....6 3. LES ANTHOCEROTES……………………………………………………………..7 4. LES BRYOPHYTES S.S. OU MOUSSES OU MUSCINEES………………………………..….......8 4.1. Morphologie………………………………………………………….....8 4.2. Cycle de reproduction…………………………………………………….9 PTERIDOPHYTES SENSU LATO. …………………………………………………12 1. CARACTERES GENERAUX……………………………………………………...…12 2. LYCOPHYTES……………………………………………………………….…..14 2.1. Les Lycopodiaceae…………………………………………………..…14 2.2. Les Sellaginellaceae……………………………………………….……15 3. LES SPHENOPHYTES………………………………………………………….…17 4. LES FILICOPHYTES…………………………………………………………...…18 LES CYCADOPHYTES……………………………………………………..…….21 1. APPAREIL VEGETATIF………………………………………………………..….21 2. APPAREILS REPRODUCTEURS…………………………………………………….22 2.1. Appareil reproducteur mâle…………………………………………...…22 2.2. Appareil reproducteur femelle……………………………………...……23 2.3. Cycle de reproduction des Cycadophytes…………………………………25 LES PINOPHYTES………………………………..…………………………..…26 1. ANATOMIE…………………………………………………………….……….26 2. APPAREIL REPRODUCTEUR………………………………………………………27 3. CLASSIFICATION…………………………………………………………..……27 LES ANGIOSPERMES OU PLANTES A OVAIRES……………………...…………30 1. STRUCTURE DE L’APPAREIL VEGETATIF…………………………..………………32 1.1. Les tiges……………………………………………………….………32 1.2. Les feuilles…………………………………………………….………33 1.3. Les racines………………………………………………………….…34 2. STRUCTURE DE L’APPAREIL REPRODUCTEUR……………………………...………35 2.1. Le périanthe……………………………………………………………36 2.2. L’androcée……………………………………………………….……37 2.3. Le gynécée………………………………………………….…………37 2.4. Le fruit……………………………………………………………..…38 5 2.5. L’inflorescence……………………………………………………...…41 3. METHODE D’ETUDE EN MORPHOLOGIE FLORALE……………………………….…41 4. CLASSIFICATION DES ANGIOSPERMES……………………………………………43 Les Paléodicotylédones……………………………………………………..43 Les Monocotylédones (Monocots) ……………………………………..……44 Les Dicotylédones vraies (Eudicots) …………………………………………44 OUVRAGES UTILISES………………………..……………………………..……45 6 INTRODUCTION GENERALE Historiquement, on partageait le vivant en deux Domaines distincts selon la présence ou l’absence de noyau : - Le Domaine des Procaryotes dont les cellules ne portent pas de noyau telles que les bactéries ; - Le Domaine des Eucaryotes dont les cellules portent un noyau, comme la levure, l’amibe (organismes unicellulaires), plantes, champignons, animaux (organismes pluricellulaires). Avec l’avènement de la génétique moderne, les séquences de gènes des organismes constituent de nouveaux caractères comparables entre tous les organismes vivants (même ceux qui se sont différenciés il y a plus de 3 milliards d’années). C’est grâce aux séquences d’ADN codant l’ARN de la sous unité ribosomique 16S que Carl Woese et George Edward Fox (1977) ont pu classer les procaryotes en deux Domaines fondamentalement différents : les Archées et les Eubactéries. Le monde du vivant est donc divisé en 3 Domaines (ou empires, super règnes) et non en deux : les Archaea, les Eubacteria et les Eukarya (Fig.1) Fig.1. Arbre phylogénétique du vivant. LUCA : Last Universal Common Ancestor (dernier ancêtre commun dont on peut faire l’hypothèse) 7 - Les Archées sont découvertes assez récemment. Ce sont des organismes unicellulaires sans noyau. Les Archées sont des extrêmophiles et peuvent survivre et pulluler dans les environnements les plus hostiles comme les marais salins, les sources hydrothermales, les glaciers polaires, les rejets acides de certaines mines, etc… Elles possèdent une membrane plasmique constituée de d’ether-lipides spécifiques permettant une résistance aux milieux extrêmes. - Les Eubactéries sont également des organismes unicellulaires sans noyau et ressemblent à la plupart des bactéries que nous connaissons couramment comme Escherischia coli. Au rang des bactéries essentielles, il y a les Cyanobactéries grâce auxquelles l’atmosphère terrestre s’est enrichie en oxygène. Elles possèdent une paroi cellulaire constituée de peptidoglycanes. - Les Eucaryotes sont des organismes caractérisés par la présence d’un noyau et des organites cellulaires. Ce Domaine regroupe des organismes unicellulaires (paramécies, euglènes, levures, amibes) et des organismes pluricellulaires (l’homme, la baleine, la fougère, le pin). 1. SYSTEMATIQUE ET NOMENCLATURE La taxonomie et la systématique (termes créés par De Candolle en 1813) ne sont pas synonymes. Le terme taxonomie (taxinomie) est construit à partir de ‘taxis’ (ordre, arrangement) et de ‘nomos’ (loi, règle) et signifie l’étude théorique des bases, principes et lois de la classification. La systématique est la science de la description et de l’explication de la diversité biologique et de son histoire évolutive. La taxinomie repose sur la hiérarchisation et la nomenclature. 1.2. Nomenclature et unités taxonomiques Devant la grande diversité biologique (1 800 000 espèces décrites), il est nécessaire de ranger et de mettre en ordre les taxons dans un système hiérarchisé. Les unités taxonomiques les plus utilisées sont données ici avec l’exemple du blé selon la classification de Takhtajan- Cronquist (1964-1968) : 8 Règne Plantae Embranchement Liliophyta= Phanérogames Sous-embranchement Angiospermes Classe Liliopsida=Monocotylédones Sous-classe Commelinidae Ordre Graminales Famille Poaceae= Gramineae Sous-famille Pooideae Tribu Triticeae Genre Triticum Espèce durum L. Les suffixes utilisés pour désigner les groupes régis par le code de nomenclature botanique (De Reviers, 2002) sont les suivants : Rang du taxon Algues Champignons Embryophytes Embranchement (phylum ou division) -phyta -mycota -phyta Classe -phyceae -mycètes -opsida Sous-classe -phycidae -mycetidae -idae Famille -aceae -aceae -aceae Sous-famille -oideae - oideae -oideae Tribu -eae -eae -eae Sous-tribu -inae -inae -inae 1.3. Règles de la nomenclature Avant Linné, les plantes étaient désignées par leurs noms vulgaires (communs) ou par des expressions vagues faisant allusion soit à leurs propriétés supposées telles que ‘herbe aux teigneux’, soit à de vagues analogies de forme telles que ‘queue de renard’ soit à la mythologie ou à l’histoire telle que ‘Sabot de Venus’ (Orchidée), ‘Narcisse’… 9 Depuis Linné l’appellation d’un organisme vivant est codifiée par un nom du genre suivi d’un nom d’espèce (nomenclature binominale). Le nom du genre débute par une majuscule et le nom d’espèce en minuscule. Les noms du genre et de l’espèce s’inscrivent en italique ou sont soulignés comme par exemple Rosa canina ou Rosa repens. Le binôme nomenclatural est toujours suivi du nom (ou du nom abrégé) de l’auteur qui a décrit pour la première fois la plante. Exemple : Genista scoparia Lamk., Hordeum murinum L. Les règles de la nomenclature sont depuis codifiées au cours des congrès internationaux. Le dernier code remis à jour a été adopté par le XVIIIe Congrès International de Botanique à Melbourne en juillet 2011. 1.4. Notions d’espèce Plusieurs concepts d’espèce sont définis mais on retiendra ici le concept biologique de l’espèce qui a été défini par Mayr et Dobzhansky en 1942. Une espèce représente un ensemble d’individus très étroitement apparentés, pouvant se reproduire entre eux et avoir une descendance fertile. Ils sont dits interféconds. 2. LES GROUPES VEGETAUX ET LA PHYLOGENIE 2.1. Définition du végétal Les végétaux dans leur ensemble sont bien difficiles voire impossible à définir car il n’y a pas de cellule végétale type (exceptions nombreuses pour l’autotrophie, la paroi, l’immobilité). On retiendra dans ce cours que : - Les végétaux sont des organismes eucaryotes le plus souvent autotrophes ; - Les cellules uploads/Science et Technologie/ cours-de-botanique.pdf